Ensayos Complementarios

Como se mencionó anteriormente los ensayos complementarios son aquellos no utilizados comúnmente y buscan determinar propiedades en estas mezclas que muchas veces no pueden ser observadas en los ensayos tradicionales. Algunos de ellos son los ensayos triaxiales (módulo resiliente, deformación permanente, monotónica), de fatiga por tracción indirecta o por viga de flexión, entre otros. A continuación se describen algunos de ellos, con sus resultados respectivos.

Ensayos Triaxiales

Carga Repetida o Dinámica

Hay dos tipos de ensayos triaxiales dinámicos o de carga repetida: módulo resiliente y deformación permanente. Los ensayos triaxiales de carga repetida son pruebas de laboratorio más avanzadas, normalmente utilizados en investigación. Se esquematiza al ensayo triaxial en la Figura 2-13.

Deformación Permanente (PdTx)

En las pruebas de PdTx, en lugar de aplicar una carga hasta la rotura, tal como en los ensayos monotónicos, las muestras son sometidas a una carga cíclica, que en general se encuentra muy por debajo de la carga última o de falla.

Pruebas PdTx fueron realizadas por Long y Ventura (2004), quienes aplicaron 50.000 ciclos de carga con una frecuencia de 4 Hz con varias combinaciones de presiones de confinamiento y tensión desviatoria, en especímenes con AE preparados con diferentes densidades y condiciones de saturación. Se encontró una pequeña diferencia en la resistencia a la deformación permanente final en las mezclas preparadas con 1% de cemento y con distintos contenidos de asfalto, lo que indica que el contenido de AE tiene poco efecto sobre la resistencia a la deformación permanente.

González et al. (2012) también realizaron ensayos PdTx como parte de las pruebas de laboratorio que complementan investigaciones en pavimentos a escala real y carga acelerada en materiales estabilizados con AE. Se ensayaron muestras con 0%, 1.2%, 1.4% y 2.8% de AE, todos con 1% de cemento, aplicando seis etapas de tensiones de

Carga Axial:

1. Cíclica/Repetida:

-Módulo Resiliente (MR/ deformación

recuperable) - Deformación Permanente (PdTx- deformación plástica)

2. Monotónica que induce falla (MLTx-hasta la rotura) Carga Axial P re si o n es d e C o n fi n am ie n to

Figura 2-13: Representación de la prueba triaxial y variantes en el tipo de carga axial aplicada

50.000 ciclos de carga (4 Hz) cada una, con diferentes combinaciones de presiones de confinamiento y tensión desviatoria. Los autores reportaron un aumento en la deformación permanente en función del aumento del contenido AE.

Kim et al, (2008) también aplicaron cargas repetidas de manera triaxial en probetas obtenidas de materiales procedentes de 7 proyectos de construcción. Prepararon un total de seis probetas por cada fuente, utilizando contenidos de 1%, 2% y 3% de AE (2 muestras por contenido de asfalto), sin filler activo. La carga aplicaba 10.000 repeticiones de 138 kPa (tensión desviatoria), con pulsos de 0,1 segundos de duración, un período de descanso de 0,9 segundos y a una temperatura de 40 ˚C.

Kim et al, (2008) definieron un “número de flujo” como se representa en la Figura 2-14, estudiando el efecto del AE en estos valores. Se observó que a mayor contenido de AE, menor es el número de flujo. En otras palabras, las probetas tendían a fallar más por un aumento del contenido de AE de 1% a 3% . Estos investigadores confirmaron esta tendencia, donde la adición de AE en mezclas con 1% de cemento, aumenta la deformación permanente acumulada de las mezclas, generándose un material relativamente débil en comparación al que no contiente AE.

N ú m er o F lu jo N ú m er o F lu jo N ú m er o F lu jo Razón de deformación permanente alta Ciclos de carga Disminución del Número de Flujo frente al

incremento del contenido de AE

D ef o rm a ci ó n p er m an en te ( m m ) Incremento del contenido de AE

Figura 2-14: Representación del “número de flujo”. Kim et al, (2008)-González et al, 2011

Módulo Resiliente (MR o MrTx)

Respecto a los ensayos MR, Fu et al, (2008) recomendó no utilizar este ensayo para optimizar el contenido de AE, al igual que las pruebas ITS e UCS, definiendo otras bondades en estos ensayos.

Fu et al, (2009) desarrollaron varias pruebas, entre ellas las de MR en muestras secas y saturadas, mencionando que el asfalto espumado transforma el comportamiento del material granular no tratado (típico) a materiales unidos parcialmente por el asfalto, sin aumentar significativamente los valores de los módulos elásticos. Destaca que el uso simple de resultados de pruebas MR podría resultar en un diseño inseguro, debido a una posible reducción del MR dado que los esfuerzos a tracción no se aplican en la prueba triaxial bajo comportamiento elastico o resiliente. Otra observación hecha por estos investigadores fue que muchos programas de investigación a menudo no consideran que el MR real (terreno) en las mezclas con AE es altamente dependiente del estado de tensiones, y que los métodos disponibles en laboratorio no pueden simular plenamente estos estados de tensiones, por lo que se debe hacer hincapié en la importancia de asociar los estados de tensiones respecto a las diferentes condiciones en el ensayo, especialmente en condiciones saturadas. La dependencia de los materiales granulares ante los estados de tensión tambien puede darse en las mezclas con materiales tratados con AE. Varios modelos han sido utilizados, uno de los más utilizados sigue siendo el de Witzack y Uzan (1988):

Donde:

Pa = presión atmosférica θ: 3σ0 +σd

σ0 = tensión de confinamiento; σd = esfuerzo desviador ;

τ : tensión octaedrica = σd.√2/3

Definido el modelo típico de obtención del MR, observaciones similares a las anteriores las realizó Jenkins (2000), describiendo un comportamiento del tipo granular en las mezclas con AE sin cemento (MR es altamente dependiente de la tensión aplicada). Long y Ventura (2004) mediante ensayos de MR (Figura 2-15), observaron que la inclusión de AE respecto a las mezclas sin estabilizadores redujo mínimamente al MR, sin embargo, el tratamiento con cemento aumentó significativamente el MR. En el gráfico se observa que la mezcla con 2% de cemento tiene un MR superior a las mezclas con 1% de cemento.

Fu et al, (2009) hacen unas algunas aclaraciones respecto a la interpretación del MR, desde el hecho de asumir que se trata de un material homogéneo e isotrópico hasta la conceptuzalicion de supuesto comportamiento lineal elástico, siendo en realidad un material anisotrópico y que no es lineal. En caso de no asumir tales simplicidades harían una caracterización más realista e inevitablemente sería más complejo, para lo que se requerirán sofisticados modelos constitutivos conjuntamente con análisis mediante métodos de elementos finitos.

Figura 2-15: MR medidos en ensayo con diferentes contenidos de AE y cemento. Long y Ventura, 2004 0% Cemento 0% Asfalto 0% Cemento 2.25% Asfalto 1% Cemento 1.5% Asfalto 1% Cemento 2.25% Asfalto 1% Cemento 3% Asfalto 2% Cemento 2.25% Asfalto M ó d u lo R e si li en te ( M P a)

Uso del Cemento

Según la microestructura (interna) del material con AE, se define tres mecanismos de resistencia a cargas, y una de ellas es parte de la fase mineral que sobre el cual el AE o filler activo no existe, ósea es un material débilmente unido que lo hace dependiente de la tensión a la que se encuentre sometida. En otros términos el comportamiento según las solicitaciones del MR y la dependencia de tensión a la que se encuentre sometida (Fu et

al, 2009). Primeramente, el MR puede ser muy variable según el sometimiento de tensión

y la aplicación de compresión/cizallamiento, especialmente bajo condiciones saturadas. Las mezclas con AE resisten cargas de tracción y compresión/cizallamiento según los diferentes mecanismos mencionados a continuación (Figura 2-16):

• unión dada por el mastic (fase mineral-asfalto-filler),

• apoyo por el contacto entre ellas y

• fricción entre las mismas particulas

Todo esto contribuye en la resistencia a la deformación por compresión y cizallamiento en la condición seca, o condición no saturada. Cuando saturada, la unión del mastic (definida en la Sección 2.4) es perjudicada, generándose puntos débiles, donde el apoyo entre las partículas y la fricción pasan a ser los mecanismos dominantes ya que son menos sensibles a la humedad. Por otro lado, sólo hay dos mecanismos resistentes a la tracción, a saber, la unión de la fase mineral-filler, que es rígida, frágil y muy sensible a la humedad, y la unión de la fase mineral-asfalto, que es suave, dúctil y moderadamente sensible a los cambios de humedad.

Fu et al, (2008a) investigó el AE determinando que la mezcla en su fase mineral-asfalto perdió aproximadamente el 45% de su resistencia a la tracción después de la inmersión en agua, mientras que la fase mineral-filler perdió aproximadamente el 81%. Después de saturado, la fase mineral-asfalto domina la resistencia a tracción. En pruebas MR, Fu et al, (2009) observó una disminución del 5% al 30% en condición saturada, y del 85% al 95% medidos en ensayos de vigas de flexión.

Esfuerzo Axial Muestra Triaxial Deformación Axial P re si ó n A x ia l Carga Monotónica (MLTx)

Las pruebas MLTx han sido utilizadas por investigadores para estimar la resistencia o el esfuerzo axial máximo en probetas mezcladas con AE, donde se somete a la probeta a diferentes tensiones de confinamiento bajo una carga axial hasta falla (González et al, 2011). Así también se puede obtener propiedades de resistencia al corte (ángulo de fricción interna y cohesión) de la probeta. En la Figura 2-17 se representa la prueba y curva de resultado del ensayo.

P re si ó n d e C o n fi n am ie n to Máxima Presión Axial

Figura 2-17: Esquema de representación del ensayo y resultado en las pruebas con mezclas MLTx

Figura 2-16: Representación de la microestructura de material reciclado con AE. P. Fu, (2009)

Long y Ventura (2004) realizaron un estudio exhaustivo de pruebas MLTx con AE en mezclas con un material granular específico con diferentes presiones de confinamiento, porcentajes de asfalto y densidades aparentes, cuyos resultados mostraron que la adición de AE en la mezcla con 1% de cemento reduce la presión axial máxima del material. Long y Theyse (2002a) similarmente reportan que el aumento del contenido de AE reduce la presión axial máxima en comparación a mezclas con 1% de cemento; con muestras curadas durante 28 días a temperatura ambiente (20 °C).

González y Cubrinovski (2011) mostraron que para las mezclas con 1% de cemento, la adición de AE reduce la presión máxima axial alcanzada en compresión triaxial. Además, se observó una reducción en el ángulo de fricción interna con el aumento del contenido de AE. Los efectos del contenido de AE en la cohesión aparente se encontraron que eran relativamente pequeñas para las mezclas investigadas.